熱電偶溫度計是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的溫度檢測儀，形式各異，但測量原理相同。 作為工作人員，如果不熟悉熱電偶的測溫原理，在遇到問題時就無法應(yīng)對。

溫度檢測的重要性

化工生產(chǎn)是一個非常復(fù)雜的材料平衡變化過程，生產(chǎn)進度通常不能直觀觀察，只能通過反映工藝變化的參數(shù)來間接認(rèn)知，并進行相應(yīng)的操作，保證生產(chǎn)的順利運行。 雖然表示生產(chǎn)進度的參數(shù)很多，但對于復(fù)雜的生產(chǎn)全過程，特定的特征參數(shù)很難全面反映生產(chǎn)進度。 在材料平衡變化的同時也發(fā)生能量的產(chǎn)生和遷移，物理反應(yīng)和復(fù)雜的化學(xué)變化都可以通過能量檢測來判斷生產(chǎn)過程。 由于溫度是表示能量大小的物理參數(shù)，對于化工生產(chǎn)，只需測量幾個關(guān)鍵點的溫度就能判斷生產(chǎn)進度，控制生產(chǎn)提高生產(chǎn)能力降低能耗保證安全，因此溫度測量是化工生產(chǎn)中非常重要的參數(shù)。

溫度檢測手段

化工生產(chǎn)的溫度測量分為地指示和遠(yuǎn)程顯示控制兩大類，地指示比較簡單，通常使用雙金屬溫度計的精度差不是通常生產(chǎn)控制的調(diào)節(jié)依據(jù)。 遠(yuǎn)程溫度計將現(xiàn)場測量點的溫度遠(yuǎn)程傳遞到控制室是生產(chǎn)的重要參數(shù)，作為生產(chǎn)控制的重要手段，要求準(zhǔn)確可靠。

與化工生產(chǎn)中復(fù)雜的各種檢測儀表相比，溫度檢測是傳統(tǒng)四大檢測參數(shù)中類型較少的簡單儀表。 現(xiàn)場使用的遙測儀通常只有三種

高溫輻射式溫度計在生產(chǎn)溫度長期用于1000度以上的生產(chǎn)中時，這種儀表在很多生產(chǎn)中很少使用。

測溫電阻溫度計通常在200度以下生產(chǎn)的低溫時使用。 應(yīng)用較多的是各種泵設(shè)備自身的溫度檢測，測量設(shè)備運行的溫度，以防止過度升溫導(dǎo)致設(shè)備損壞。

熱電偶溫度檢測計測溫范圍寬，因此為-200； <； br/>； 在1200度范圍內(nèi)使用的是廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)的溫度測量儀。 熱電偶根據(jù)使用的溫度范圍分為各種形式，其中廣泛使用的是k型熱電偶。 熱電偶的材質(zhì)因型號不同而不同，但它們的測溫原理相同。

熱電偶的測溫原理

熱電偶是非常簡單的測量儀器，只要焊接2根不同材質(zhì)的導(dǎo)體的一端，就可以制作熱電偶溫度計。 這種結(jié)構(gòu)簡單的儀表測溫原理是金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，該熱電效應(yīng)有接觸電位和溫差電位兩種結(jié)構(gòu)。

熱電偶的熱端實物如圖所示

1.png

接觸電位

接觸電位是熱電偶能夠測溫的主要原因。 像電子器件的二極管PN結(jié)那樣，熱電偶的熱端被兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體焊接，由于導(dǎo)體密度的不同而產(chǎn)生電子密度差，在該密度差的作用下，兩導(dǎo)體接觸面產(chǎn)生由于電子的擴散速度的不同而變化的電場，當(dāng)接觸面溫度不變化時，電子擴散達到動態(tài)平衡，產(chǎn)生一定的靜電場<； br/>； 接觸電位。

相同溫度不同材質(zhì)下的接觸電位

在溫度一定的情況下，接觸電位的大小只與熱電偶的兩個導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。 材質(zhì)不同的熱電偶在相同溫度下的接觸電位不同，以使二極管的硅管和鍺管的導(dǎo)通電壓大小不同。 因此，由于不同型號的熱電偶在相同溫度下的電位不同，所以熱電偶被分為許多型號和不同的使用范圍。

材質(zhì)不同溫度下的接觸電位

同一型號的熱電偶的溫度引起的接觸電位不同的原因在于，熱電偶的接觸端(焊接兩導(dǎo)體)的電子擴散在溫度變化時失去平衡，新的電子擴散到達新的平衡點時，兩導(dǎo)體產(chǎn)生的靜電場<； br/>； 接觸電位與以前的電位不同。 與靜態(tài)參數(shù)隨二極管溫度的差異一樣，熱電偶產(chǎn)生變化的電位。

對于已經(jīng)制造的完成熱電偶，其接觸電位的大小與熱電偶的接觸端的溫度對應(yīng)，溫度高，電位大，因此將該接觸電位稱為熱電勢。

溫差熱電勢

溫差電位是熱電偶能夠表現(xiàn)溫度的主要原因。 溫度是用于表現(xiàn)能量大小的一個人規(guī)定的物理量，有意義的零點，但與我們的生活大不相同，像氣壓一樣我們平時所說的溫度零度是攝氏零度，是一個人設(shè)定的零點。 測溫計的信號為了再現(xiàn)溫度，必須與基準(zhǔn)溫度進行對照。 這個標(biāo)準(zhǔn)是我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫臄z氏零度。

2.png

熱電偶測溫組成

熱電偶本身的結(jié)構(gòu)簡單，但要準(zhǔn)確測溫需要構(gòu)建良好的測溫系統(tǒng)，主要由熱電極、套管、補償導(dǎo)線三部分組成

熱電極

熱電極一般稱為熱電偶，是熱電偶可以測溫的核心部件。 從制造成本的觀點出發(fā)，熱電極的長度通常限于1米左右，但現(xiàn)場的測溫點大多距離控制室數(shù)百米以上，因此熱電偶需要連接端子，以其他形式向控制室發(fā)送信號。

熱電極根據(jù)材質(zhì)可以分為不同的形式，工業(yè)現(xiàn)場一般使用k型和e型熱電偶。 k型熱電偶為鎳鉻硅熱電偶，測溫范圍寬，-200； <； br/>； 可在1000度以內(nèi)長期使用，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的多種情況被大量應(yīng)用。 e型熱電偶為鎳鉻合金的鎳銅熱電偶，使用范圍比k型小-50%，為600度，但在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢比k型大，低溫時的誤差相對較小，在400度左右的生產(chǎn)中應(yīng)用也非常多。

熱電極結(jié)構(gòu)通常分為組裝式和護套式兩種。

組裝式熱電偶是一般的熱電偶，熱電極的兩端使用高溫絕緣陶瓷柱作為絕緣蓋，防止熱電偶兩端短路，熱電極的末端與絕緣連接端子柱連接。 該結(jié)構(gòu)易于現(xiàn)場安裝，當(dāng)熱電極和套管長度不同時，可根據(jù)套管長度自由切割，便于現(xiàn)場安裝。 使用中陶瓷絕緣蓋容易破損，引起絕緣不良，熱電偶的兩個導(dǎo)體也會短路，拆卸安裝時請注意，盡量保證陶瓷蓋的完整性。

　　

3.png

熱電偶使用中產(chǎn)生的熱端接觸電位需要遠(yuǎn)離控制室進行溫度再現(xiàn)，溫度再現(xiàn)需要以基準(zhǔn)攝氏零度為依據(jù)，但在控制室內(nèi)也難以達到一定的零度的溫度基準(zhǔn)，為了保證熱電勢在傳輸中不產(chǎn)生溫度梯度的變化畸變，將現(xiàn)場的熱電勢延長至控制室內(nèi) br/>； 溫差電位延長。

溫差電位

一個導(dǎo)體若兩端的溫度不同，則該導(dǎo)體兩端的電子能量不同，溫度高的電子能量向溫度低的方向擴散，在高溫下產(chǎn)生正電位，在低溫下產(chǎn)生負(fù)電位，在電子擴散達到動平衡后形成靜電場<； br/>； 溫差電位。 熱電偶以此原理實現(xiàn)了將熱端溫度產(chǎn)生的熱電勢延伸到控制室的目的，避免了傳遞中溫度梯度變化產(chǎn)生的測量畸變。

熱電偶的接觸電位和溫度差電位的重疊是熱電偶整體的測溫原理，通過將難以檢測的溫度物理量變更為容易進行測定處理的毫安電壓信號，實現(xiàn)了被測定點的溫度傳遞較遠(yuǎn)。

4.png

套管，套管

溫度是物質(zhì)能量表示的物理量。 由于能量的轉(zhuǎn)移擴散性，因測量點的能量不同，溫度也不同，為了準(zhǔn)確可靠地測量物質(zhì)的溫度，一般將測量點盡量選定在材料的中間位置。 熱電偶在使用中必須深入被測設(shè)備的配管內(nèi)，為了保證生產(chǎn)的安全，必須在熱電偶上安裝防護套。

安裝防護套通常有螺釘安裝和法蘭安裝兩種連接方式。

螺釘安裝通常應(yīng)用于管道的測溫。 這種優(yōu)點使管道施工方便，在小管道中可傾斜安裝以提高溫度測量的準(zhǔn)確性。 缺點是安全性差，用螺釘和密封墊片密封，不能在高壓環(huán)境下使用。

5.Png

鞘熱電偶的熱電極插入細(xì)長的金屬鞘管中，其中填充有高溫絕緣氧化鋁、氧化鎂等，末端引線與端子板連接。 護套熱電偶由金屬外殼保護，機械強度高，可彎曲安裝，絕緣不易損壞，因此被大量使用。 但是，護套熱電偶的引線脆弱，斷裂時難以修復(fù)，因此在處理護套熱電偶時，請注意不要損壞引線。

6.png

法蘭的安裝通過兩法蘭之間的連接實現(xiàn)了密封，一般用于塔式設(shè)備和高壓管線的安裝，但由于法蘭的存在，緊固螺栓容易生銹，因此不利于拆裝，只能垂直于塔式設(shè)備的管線方向進行安裝，因此對流方向的安裝不利于熱交換

補償導(dǎo)線

補償導(dǎo)線是熱電偶測溫計特有的傳輸電纜。 與正常傳輸銅線纜不同，只要確保所傳輸?shù)男盘枦]有失真，使用補償導(dǎo)線就是用于繼續(xù)熱電偶的溫差電位的補償線纜。 由于熱電極的材質(zhì)和制造成本高，將完成的數(shù)百米熱電偶從現(xiàn)場延伸到控制室是不現(xiàn)實的，因此需要能夠降低與現(xiàn)場的熱電極相同溫差電位的傳輸線路和成本的電纜<； br/>； 補償導(dǎo)線。 補償導(dǎo)線的使用不僅是熱電極接觸電位的傳遞，還是熱電極溫差電位的繼續(xù)，因此與以往的銅電纜的目的不同。 為了確保補償導(dǎo)線的溫差電位與現(xiàn)場熱電極的溫差電位一致，傳輸時不得使用和誤用與熱電極相同類型的補償導(dǎo)線。

修正導(dǎo)線使用注意事項

另一方面，補償導(dǎo)線與銅導(dǎo)線不同的原因不僅在于材質(zhì)不同，補償導(dǎo)線的目的不僅在于補償熱電偶的熱電勢，還補償傳輸中的溫差電位。 補償導(dǎo)線本身分為正極和負(fù)極兩極，在現(xiàn)場與熱電偶接線、控制室與二次計及控制系統(tǒng)接線時必須正確對應(yīng)，不能像銅電纜那樣輕易連接。

二、在傳輸補償導(dǎo)線時應(yīng)盡量不帶接頭，在不可避免的時候應(yīng)盡量牢固接頭。 由于補償導(dǎo)線基本上是廉價的熱電偶，所以補償導(dǎo)線之間有連接器時會產(chǎn)生接觸電位，接觸點的接觸電阻大時，該接觸電位變大，補償導(dǎo)線被引入追加的接觸電位。 接觸點的接觸不良時，該接觸電位會大幅度跳躍，引起測溫變形。 同樣，補償導(dǎo)線和熱電偶的連接端子的接線也必須良好地連接，防止接觸電位的導(dǎo)入。

7.png

熱電偶使用中常見故障及處理

熱電偶是測溫系統(tǒng)，信號傳輸過程由熱電極、端子、補償導(dǎo)線、二次處理4個部分組成，哪個部分存在問題導(dǎo)致溫度測量不正確。 實際使用中發(fā)生故障的現(xiàn)象大致分為數(shù)值大、數(shù)值小、數(shù)值跳躍、數(shù)值滿。

熱電極自身原因引起的故障

熱電極是金屬導(dǎo)體，中長期高溫的熏煙和周圍的氣氛(腐蝕、水蒸氣)的影響本身劣化，熱電極的熱電電位和溫度的對應(yīng)關(guān)系變化，變?yōu)闇囟鹊暮涟搽妷簩φ毡淼钠睿a(chǎn)生測溫誤差。

熱電極的插入深度不夠。 該故障通常發(fā)生在新裝置或裝置的修理運轉(zhuǎn)中，由于熱電偶的安裝導(dǎo)致套管長度不足，因此進入配管設(shè)備的距離未到達介質(zhì)的中心，因此熱電偶的測溫端未到達溫度較高的地方，因此測定溫度較低。 如果熱電偶的插入深度過于接近管道設(shè)備的外壁，其測溫誤差會進一步增大，甚至完全喪失測溫的意義。

8.png

保護套管不夠長，熱電極不夠長就可以處理，可以找到足夠長的熱電極。 套管本身不夠長，只有在裝置停止后才能更換，因此套管的安裝長度非常重要，決定熱電偶的測溫是否正確，但在很多情況下，熱電偶的問題在于該現(xiàn)場套管的安裝。

航站樓

從熱電偶的測溫原理可知，熱電勢的構(gòu)成有接觸電位和溫差電位兩種。 如果熱電偶現(xiàn)場的端子與補償導(dǎo)線、補償導(dǎo)線與控制室二次處理計的配線接觸不良發(fā)生，則在熱電偶信號傳輸中會產(chǎn)生附加的接觸電位，引起測溫誤差，如果發(fā)生配線接觸不良，則也會產(chǎn)生測溫大幅度跳躍的現(xiàn)象。

隨著時間的延長，現(xiàn)場的熱電偶的連接端子和補償導(dǎo)線由于經(jīng)年變化等接觸電位變大，發(fā)生被測量溫度變形或跳躍的現(xiàn)象，在現(xiàn)場重新連接補償導(dǎo)線后故障消除的情況也是很多現(xiàn)場的儀表人員困惑的原因，為什么重新連接配線后故障消除了呢？

如果補償導(dǎo)線的中間有接頭，這種接觸電位會對測溫產(chǎn)生影響，因此在補償導(dǎo)線的使用中不可避免地沒有接頭。 不僅要進行接頭的接線處理，還要清楚地標(biāo)記接頭的位置，如果發(fā)生測溫故障，要迅速找到補償導(dǎo)線的接頭位置進行處理，找出補償導(dǎo)線引起的故障是不容易的。

補償導(dǎo)線

補償導(dǎo)線是與開口現(xiàn)場熱電偶相同類型的廉價熱電偶，其性能基本與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶一致。 現(xiàn)場使用的補償導(dǎo)線形式必須與安裝的熱電偶一致。 這可以從補償導(dǎo)線的電纜護套中找到具體形式，也可以通過補償導(dǎo)線內(nèi)部護套護套的顏色來識別。 如果補償導(dǎo)線的使用形式不正確，則導(dǎo)入測溫誤差，現(xiàn)場的k型熱電偶像e型補償導(dǎo)線那樣連接，則控制室的顯示溫度變高，現(xiàn)場的e型熱電偶與k型補償導(dǎo)線連接，則顯示溫度變低。

由于補償導(dǎo)線是廉價的熱電偶，其本身有正負(fù)之分，現(xiàn)場與熱電偶的接線、控制室二次計的接線必須正確對應(yīng)。 如果補償導(dǎo)線的一端與熱電偶或二次計的極性相反，則傳遞給二次計的熱電勢為負(fù)值，表示處理后的溫度為負(fù)值或低值(配置中的較小值)。 補償導(dǎo)線的現(xiàn)場和控制兩端的極性同時相反，相當(dāng)于現(xiàn)場的熱電偶毫米波信號的線路中加入負(fù)溫差電位，進入二次計的毫米波電位變小，顯示溫度變小。

二次處理

二次處理計將導(dǎo)入的毫米波安培電壓信號與溫度對照，進行熱電偶的冷卻溫度補償。 二次表結(jié)構(gòu)中選擇的熱電偶形式與現(xiàn)場不一致時，其換算測量的溫度會產(chǎn)生偏差。 如果二次計自身的測溫?zé)崦綦娮铚y量的環(huán)境溫度不正確，則換算后的現(xiàn)場溫度也會出現(xiàn)偏差。 并且，如果二次計算是輸出電流的溫度變送器，則輸出電流信號的溫度范圍必須與控制室內(nèi)的顯示結(jié)構(gòu)一致。

修理熱電偶時的檢查

熱電偶的修理通常分為熱電極自身精度的校正和套管磨損檢查。 熱電極的校正檢查雖然很重要，但是不是修理時必須要做的工作。 裝置正常工作時若熱電極本身發(fā)生故障，則從現(xiàn)場拆下進行故障診斷和校正檢查。

熱電偶套管的檢查是修理時的重點工作，但在實際應(yīng)用中很多企業(yè)都忽視了。 熱電偶套管在日常使用中插入設(shè)備和配管，長期受到介質(zhì)的清洗腐蝕，外壁逐漸磨損，壁厚變薄，造成穿孔斷裂等極端狀況。 由于熱電偶套管在運行中事故較輕會引起設(shè)備停車，嚴(yán)重時會引起火災(zāi)事故，因此檢查熱電偶套管的腐蝕程度是維修的重點工作。

套管檢查通常有人工肉眼檢查法和打擊試驗法兩種方法。 壓力試驗法用于高壓加氫裝置等高壓裝置，其熱電偶套管的密封性能無法用肉眼正確判斷，因此需要拆卸后使用專業(yè)的密封試驗設(shè)備進行壓力試驗。

9.png

生產(chǎn)設(shè)備不在高壓環(huán)境下運行時，熱電偶套管的磨損檢查通常用肉眼觀察法確認(rèn)，該方法快速方便，但容易浪費。 現(xiàn)場拆除熱電偶套管后，用抹布清除套管外表面的污垢后，觀察套管外壁是否有明顯的磨損、腐蝕、麻孔等磨損腐蝕痕跡，如果不清楚的話更換墊圈使其恢復(fù)原狀，發(fā)現(xiàn)套管腐蝕嚴(yán)重時更換新套管。 通常，為了確保安全，在現(xiàn)場檢查熱電偶護套管時，如果有明顯的腐蝕痕跡，更換新的護套管，確保裝置運轉(zhuǎn)的安全性，但也會產(chǎn)生一定的熱電偶護套管的浪費。

溫度測量范圍和容許誤差

熱電偶種類

代號

刻度

測定范圍℃

允許偏差δt℃

鉑銠30-鉑銠6

wrr(wrr )

乙組聯(lián)賽

0~800

±； 1.5℃或±； 0.25%2222

鉑銠10-鉑

wrp(wrp )

s

0~1600

±； 1.5℃或±； 0.25%2222

因科內(nèi)爾

wrn(wrn )

K

0~1300

±； 2.5℃或±； 0.75%2222

因科內(nèi)爾

WRE

e

0~800

±； 2.5℃或±； 0.75%2222

總結(jié)

熱電偶溫度計是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的溫度檢測儀，形式各異，但測量原理相同。 作為工作人員，如果不熟悉熱電偶的測溫原理，在遇到問題時就無法應(yīng)對。

本文熱電偶高頻詞： 電勢  補償導(dǎo)線 

轉(zhuǎn)載：感謝您對熱電偶行業(yè)網(wǎng)站的認(rèn)可，以及對我們作品以及文章的青睞，非常歡迎各位朋友分享到個人站長或者朋友圈，但轉(zhuǎn)載請說明文章出處“京儀熱電偶”。